SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
SEMINARSKI RAD IZ
KOLEGIJA
SUSTAVI ZA VOĐENJE I PRAĆENJE PROCESA
X – 10
GORAN KOSTEL
0036371093
Povijest
Cijela priča počinje, sad već davnih, '70-ih godina prošlog stoljeća u gradiću Glenrothes u Škotskoj. Tvrtka idejni začetnik cijelog projekta jest Pico Electronics Ltd. čiji su investitori uvidjeli mogućnost razvoja 'naprednih' integriranih krugova na rastućem tržištu elektroničkih kalkulatora. Svaki puta kada bi Pico započinjao novi projekat, ovaj bi dobivao svoj 'experimentalni' broj. Tada im je jedini posao bio kako sprovesti da jedan integrirani krug upravlja cijelim kalkulatorom. Prekretnicu u ovoj priči predstavlja projekat pod rednim brojem #9 koji je obavljan za tvrtku BSR (British Sound Reproduction) i koji sam po sebi nema veze sa samim X-10, no uskoro nakon toga ista tvrtka zatražila je novi projekat koji će omogućiti bežičnu metodu daljinskog upravljanja njihovih komponenti. Taj eksperiment bio je pod rednim brojem #10 ili jednostavnije X-10. Ubrzo su sami X-10 uređaji zasjenili BSR audio opremu za koju su originalno zamišljeni. Shvativši da su SAD najbolje tržište za takve uređaje, prva prezentacija novih proizvoda dogodila se upravo u New York-u 1978. godine. Povijest je pokazala da su SAD najplodnije tržište gdje se danas X-10 nalazi u preko 10 milijuna kućanstava.
Danas se često pojavljuje zabuna u terminologiji. Mada danas postoji cca. 10 tvrtki koje proizvode 'X-10 kompatibilne' uređaje, one nisu u vlasništvu X-10 Ltd. Zbog toga se današnja upotreba termina 'X-10' obično odnosi na protokol ili kompatibilne uređaje, a ne baš na specifičnu tvrtku.
Što je X-10
X-10 je komunikacijski 'jezik' koji omogućava kompatibilnim proizvodima međusobnu komunikaciju koristeći postojeće električno ožičenje u kući. Većina X-10 kompatibilnih uređaja su vrlo pristupačni, a činjenica da koriste već postojeće ožičenje znači da skupo dodatno ožičenje nije potrebno. Ugradnja je jednostavna; odašiljač priključen na jednom mjestu u kući šalje svoje kontrolne signale (on, off, dim, bright i sl.) prijemniku priključenom na mrežu na nekoj drugoj lokaciji u kući.
Koristeći jednostavne brojčanike ili tipke može se pridjeliti svakom proizvodu jedna od ukupno 256 adresa. Naravno, to nije i maksimalni broj uređaja koji se mogu kontrolirati na taj način jer uvijek postoji mogućnost da dva ili više uređaja imaju istu adresu stvarajući tako grupu koja simultano odgovara svakoj naredbi odašiljača. Broj odašiljača također nije ograničen, svaki od njih može upravljati svakim prijemnikom odnosno uređajem. Dakle, dva ili više odašiljača mogu upravljati jednim te istim uređajem.
Većinu vremena X-10 uređaji će raditi bez ikakvih problema, no s obzirom da rade preko kućne električne mreže, mogu se pojaviti problemi u dvije situacije. Prva je kad neki od kućnih uređaja koji imaju motore poput usisavača, sušilice ili čak mlinca za kavu generiraju šum na naponsku mrežu, ili pak kod napredne elektronike ('switcher' napajanja na prijenosnim računalima i sl.). Navedena problematika bit će detaljnije analizirana kasnije. Drugi problem predstavlja pomak u fazi koji se prilični lako rješava pomoću 'coupler-a'.
Prednosti:
· Cijena
· Nepotrebno dodatno ožičenje
· Jednostavna instalacija
· 100 – tine kompatibilnih uređaja
· upravljanje do 256 uređaja
· vremenski dokazan – preko 30 godina
Primjena:
· Rasvjeta
· Sigurnosni sistemi
· Termostati
· Telefonski sustavi itd.
PRINCIP RADA
Metoda korištena kod X-10 je bazirana na jednostavnom 'data frame-u' sa osam bitova tj. jednim bytom kojem predhodi predutvrđeni start kod. Problematični dio te tehnolgije nije sustav binarnih podataka već način kako iste prenijeti od odašiljača do prijamnika. Ključ je u tome da svaki uređaj ima ugrađeni detektor prolaska sinusa napajanja kroz nulu čime se omogućuje međusobna sinkronizacija svih postojećih uređaja. Time prijamnik otvara 'prozor' dva puta tijekom svake periode sinusa što samo po sebi govori da X-10 jedinice NE poznaju razliku između prelaska iz pozitivnog u negativno ili obrnuto.
Slika 1.
Prolasci sinusa kroz nulu
Kako zapravo ne postoji neka direktna veza između pojedinih uređaja, potreban je način kako prenijeti podatke preko postojeće mreže. Dakle, kao 'nosioc' podataka koristi se sinusoidalni napon mreže, a stvarni podaci šalju se u obliku signala frekvencije 120kHz u trajanju od 1ms. Taj signal zbog cca. 2000 puta veće frekvencije od frekvencije mreže izgleda poput rafala tj. pulsa. Rafal se emitira što je moguće bliže prolasku sinusa mreže kroz nulu. Da bi cijeli sustav funkcionirao potrebni su komplementarni parovi bitova. Stoga je binarna '1' definirana kao pojava pulsa, praćena nedostatkom istog, a binarna '0' je definirana komplementarno, dakle prvo dolazi praznina koja je praćena pulsom tj. rafalom na slijedećem prolasku kroz nulu.
Slika
2. Komplementarni bitovi
BINARNA '1' BINARNA '0'
Kako bi odredili predvidljivu startnu točku, svaki 'data frame' uvijek počinje sa šest početnih čistih prolazaka sinusa mreže kroz nulu, njima slijedi Start kod koji je prikazan na slici 3. i sastoji se od tri uzastopna prolaska kroz nulu koji sadrže puls, te jednim čistim. Tome slijedi adresa uređaja kojim se želi upravljati, a kasnije i sama komanda. Takav princip znači da nije bitno da li cijeli prijenos odnosno Start bit počinje na pozitivnom ili negativnom prelasku kroz nulu, to jednostavno nije važno.
2 CIKLUSA
Slika 3.
Start kod
Jednom kad je Start bit poslan, šalje se prvi 'nibble' tj. prvih četiri bita. Kako bi se, što je više moguće, olakšalo potrošaču upravljanje uređajima, tih prvih četiri bitova dobili su slovne kodove. Također je odlučeno da se nasumično pomješaju binarne kombinacije tako da A ,B, C kodovi ne padaju u predvidljivi binarni uzorak, a vidljivo je da 'M' kod predstavlja početnu kombinaciju.
Slika 4.
Slovni kodovi START BIT
Nakon prvih četiri bita slijedi i brojčani kod koji je predstavljen sa slijedećih četiri bita, te petim koji je zapravo funkcijski bit. Taj posljednji bit označava da ukoliko je on '0' tada njemu prethodnih četiri bita su dio adrese.
Slika 5.
brojčani kodovi
Iz razloga redundancije i pouzdanosti, te zbog akomodacije linijskih repeater-a X-10 protokol zahtjeva da se svaki data frame prenese dva puta.
Kad god se podaci koji se prenose promijene iz jedne adrese u drugu, iz adrese u komandu ili iz komande u komandu, data frame-ovi moraju biti razmaknuti za barem šest čistih prolazaka sinusa mreže kroz nulu odnosno tri ciklusa istog.
Nakon prenesene adrese na redu je i sama komanda. Kao i kod adrese, slanje opet mora započeti Start kodom, a tada slijede slovni kod, te naposljetku komanda. Sama komanda se sastoji od 5 bitova, a posljednji je funkcijski bit čija '1' označava da 4 bita koji mu prethode predstavljaju komandu, a ne dio adrese kod koje taj funkcijski bit iznosi '0'. Kao što je to slučaj i kod adrese, i ovaj dio se prenosi dva puta. Na slici 6. primjer je komande 'ON', a priloženo je i 6 najčešćih komandi.
Slika 6.
komandni kodovi
Nakon objašnjenja pojedinih dijelova X-10 protokola može se utvrditi i krajnji oblik cijelog prijenosa. Dakle, sama adresa traje 9 bitova, komanda također. U pitanju je po jedan byte, kao što je već prije rečeno, te po jedan funkcijski bit na krajevima. Svaki od njih počinje Start kodom, a između adrese i komande MORAJU biti tri čista ciklusa sinusoide mreže. Uz sve to potrebno je uzeti u obzir i zahtjev da se svi frame-ovi prenose dvostruko. Iz cijele priče slijedi da je za jednu transmisiju potrebno 47 perioda sinusoide mrežnog napona frekvencije 60Hz (koristi se zbog SAD-a kao glavnog tržišta, ali isto vrijedi i za 50 Hz). To znači da je za uobičajen prijenos potrebno 0.7833 [s] ili praktično gledano nešto ispod 1 sekunde. Naravno, za neke komande potrebno je i manje vremena. Kad se šalje komanda 'All-Lights-On' nije potrebno slati adresu pa cijeli prijenos traje samo 0.3666 [s] ili čak polovinu tog iznosa ukoliko prijamnici reagiraju već na prvi frame. Ti iznosi su čisto znakoviti jer takva brzina je, praktično gledano, ionako i više nego zadovoljavajuća.
Slika 7.
izgled cijelog paketa BROJČANI kod
START kod
SLOVNI kod SLOVNI kod PAUZA
Problematika
Kao što je već prije spomenuto i X-10, bez obzira na njegovu pouzdanost, nije savršeni sustav. I ovdje postoje problemi, no na sreću nisu nerješivi. Prvi i ujedno manji problem su kućanski aparati koji sadrže motore koji generiraju šum. Drugi i veći problem predstavljaju moderniji elektronički uređaji koji zbog svoje kompleksnosti zahtjevaju što 'čišče' napajanje. X-10 signali putuju kroz cijelu mrežu, bez obzira da li se na pojedinom mjestu nalazi prijemnik ili ne, a zanimljiva je i analogija s vodenim tlakom u cijevima koja kaže da voda ide u svaki kutak svog sustava. Stvar je u tome da je električna impedancija na 120 kHz vrlo niska s obzirom na ostale uređaje, pa stoga predstavlja put malog otpora prema masi. Problem za X-10 predstavljaju napajanja za pojedine elektroničke uređaje poput kompjutera, TV-a ili sl. čija je funkcija da koristeći dodatne filtere uklone eventualne šumove ili ine nepravilnosti naponske mreže. Nažalost, njima X-10 signal izgleda upravo tako i oni ga pokušavaju potisnuti. Tako da, što je dotični 'usisavač' signala bliži odašiljaču, veći će biti i njegov utjecaj na signal. To je ujedno i najjednostavniji odgovor na ovaj problem. Bolje, sofisticiranije, a time i skuplje rješenje su adapteri koji služe kao sučelje između naponske mreže i spominjanih filtera u napajanju.
LITERATURA / IZVOR :